JP2000500656A - 化学的増幅及び光学センサーを用いる生物分子の検出 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ポリヒドロキシル化化合物、特にグルコースの生物学的レベルの濃度を測定するための方法を提供する。本方法は、ポリマーマトリックス内に固定化された被検体トランスデューサーであり移植可能かつ生物適合性である増幅システムを利用する。光学システムによる呼びかけ信号に基づいて、その増幅システムは、被検体の皮膚の外側で検出することができるシグナルを作り出す。関心の被検体の定量は、放出されたシグナルの測定により行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 化学的増幅及び光学センサーを用いる生物分子の検出 発明の分野 本発明は、一般に生物センサーに関する。より詳しくは、本発明は、最小侵入 性増幅システム及びグルコースのようなポリヒドロキシル化化合物を検出するこ とができる光学センサーに関する。 発明の背景 糖尿病患者の医療管理のための本質的な道具は血中グルコースの測定である。 現在、NIDDK(National Institutes of Diabetes and Digestion and Kidney Dis eases)は大量の臨床試験の結果を公開しており、DCCT(Diabetes Control and Co mplications Trial)は、改良した血中グルコース制御が糖尿病の長期の合併症の 危険を減少させることを決定的に示す。DCCT Research Group，N．Engl．J．Med ．329：977-986(1993)を参照のこと。 現在の技術は、血中グルコースレベルの測定のために血液サンプルが得られる ことを要求する。静脈の血液のサンプルは、この測定のために患者から得ること ができるが、この方法は、１日当り数サンプルのみに限定され、そして外来患者 の医療管理のために実用的でない。 毛管血中グルコースの自己管理は実用的であるが、多数かつ頻繁な皮膚穿刺を なお必要とする。結果として、ほとんどの患者は彼ら個人の環境及び医療条件に より、１日当り２〜６のテストを行う。自己管理の結果は、技術的誤差、サンプ ル容量の変化性及び（低血糖のエピソードで重要な）イソペアードモータースキ ル（impaired motor skills)により影響を受ける。患者は血中グルコース測定の作業を行うた めに他の活動を中断しなければならない。 ホルターモニター型適用において及び外来糖尿病患者においてグルコースレベ ルを連続的に測定するための移植可能センサーの概念が数10年間、存在している 。現在の議論については、Reachら、Anal，Chem．64：381-386（1992）を参照の こと。主な焦点は、少なくともより頻繁かつ容易に得られるグルコース情報を供 するであろうグルコースセンサーを開発することにより毛管血中グルコース自己 管理の欠点を克服することである。そのセンサーは、低血糖及び高血糖の警報と して機能し、最終的には人工内分泌性膵臓のためのコントローラとして機能する ことができよう。この試みの潜在的な制限は、酵素であるグルコースオキシダー ゼの限られた寿命、センサーの限られた寿命（２〜３日）、及びその装置を取り つける必要性を含む。 非侵入性グルコースセンサーの概念は、過去数年間、重要なメディア及び技術 的注目を受けている。基本的な科学的目的は、グルコース分子の吸光度特性を検 出するために近赤外スペクトロホトメトリーを利用することである。この試みの 固有の問題は、そのグルコースシグナルが弱く、他の体の構成物によってかくれ ることである。更に、グルコースを検出することが可能であるなら、そのシステ ムは、高価な光学構成物及び大きなコンピューターの力に依存し、患者に頻繁に 再校正を要求し、断続するデータを供する大きな高価な装置となるであろう。 非侵入的血中グルコース測定に対する試みのいくつかは、その各々の開示が引 用により本明細書に組み込まれる米国特許4,428,366、4,655,225、4,805,623、4 ,876,485、4,882,492、5,028,787、5,054,487、5,070,874、5,077,476、5,086,2 29、及び5,112, 124に記載される。 これらの試みのほとんどは、透過又は反射方式のいずれかで皮膚を通る赤外又 は近赤外線の使用に関する。大数の患者及び少なくとも30の主な会社による熱心 な努力にかかわらず、その分野において成功して行われた装置はない。 これらの試みの問題は公知であり、Marquardtら、Anal．Chem，65：3271(1993 )及びArnoldら、Anal．Chem，62：1457(1990)に詳細に記載される。Marquardtら は、単純な水溶液中で、13mMグルコース溶液(234mg／dl)の吸光度が約２のＳ／ Ｎ比でシグナルを供することを示した。タンパク質含有マトリックス中で、グル コースからの実際のシグナルは、部分最小二乗法を用いてのデータのかなりの操 用なく検出することができない、このような小さなシグナル対ノイズ比は、強力 で簡単な装置を開発するために実用的でない。更に、この調査に用いる装置は、 合理的に広い波長の範囲にわたってスキャンすることができなければならない大 きな分光光度計である。 これらの純粋に非侵入的な光学的試みと対照的に、標的被検体の認識によりそ の光学特性が強く調節される伝達化学物質を含むインプラントは光シグナルを大 きく増加させる。本願を通して用語“化学増幅”はこの意味で用いられる。例え ば、米国特許第4,401,122号は、グルコース及び酵素が酵素グルコースオキシダ ーゼの存在下で反応する時に形成されたH₂O₂を測定する移植型酵素センサーを記 載する。この試みは、十分な生物適合性への考慮、特にセンサーへのグルコース 拡散に関する安定性の変化及び移植した環境における酵素の寿命によって限定さ れる。体内のＯ₂及びグルコース濃度間の大きな差はグルコース制限性外部膜を 必要とするので、酵素を用いる更なる考慮が払われなければならない。この膜は グルコースを 制限するばかりでなく、更に分析シグナルを制限する。 その問題を解くための１つの試みは、米国特許第5,342,789号に記載される。 この試みにおいて、蛍光標識グリコプロテインは異なるように蛍光標識されたレ クチンに結合することについてグルコースと競合する。１のラベルから他のラベ ルへのいくつかの共鳴エネルギー転移があるため、グルコースの存在はそのシス テムの蛍光強度を削減する。’789号特許に記載されるようなシステムには２つ の主な欠点がある。第１の問題は両方のラベルが同じソースにより光励起し；バ ックグランドシグナルが大きくなる。第２の問題は体内に移植されるそのシステ ムの能力に関する。共鳴エネルギー転移はグルコースのレシチンへの拡散及び標 識グリコプロテインのレシチンから離れる拡散を要求する。そのシステムが生理 学的適用のための合理的な時定数を有するために、その試薬は溶液中にあり、濃 度勾配を通して自由に拡散しなければならない。このことは、リザーバーが、グ ルコースが拡散するのを許容するがタンパク質及びレクチンが拡散するのを防ぐ ようにデザインされなければならないので、装置を信頼して取り扱うことを難し くする。 従って、30〜500＋mg／dl(1.6〜28＋mM)の全体の生理的範囲にわたってグルコ ースを測定することができるグルコースセンサーの必要性がある。それは、連続 的なグルコース情報を供し、使用するのが容易であるはずである。そのセンサー は血液のサンプルを要求せず、痛みのないものであろう。分析化学的見地から、 正確さ及び精度の両方が95％より大きいであろうし、そのセンサーは非侵入的又 は最小の侵入のものであるべきである。装置の観点から、その装置は少なくとも 200の線形的ダイナミックレンジ及び少なくとも50のシグナル対ノイズ比を有す るべきである。これらの形態を達成することは、分析的な正確さ及び精度を達成 できることを確実にする だろう。しかしながら、より感度の悪い装置は、被検体シグナルの測定が正確で あるなら役立ち得るだろう。本発明はこれらの必要性を十分に満たし、他の関連 する利点を供する。 発明の概要 本発明は、ポリヒドロキシル化化合物、特にグルコースの生物レベルの測定の ための方法を提供する。本方法は、移植可能であり、そして検出できるシグナル を、典型的には哺乳動物、例えばヒトの皮膚の外に作り出す増幅システムを利用 する。その増幅システムは、ポリマーマトリックス内に固定された被検体トラン スデューサーである。その増幅システムによるシグナルの発生は、典型的には、 光源による呼びかけ信号の結果である。重要なのは、そのシグナルは共鳴エネル ギー転移を必要としないが、かわりに電子伝達（例えば分子の電子伝達又は光電 子伝達）による。次に、形成されたシグナルは、ポリヒドロキシル化化合物又は 関心の被検体の量を決定する。 それゆえ、本発明に２つの重要な態様がある。第１の態様は、捕獲は共有結合 のいずれかによりポリマーマトリックス、特に生物適合性マトリックス内に固定 化された増幅構成物を含む移植可能増幅システム(IAS)である。本発明の第２の 態様は、検出可能なシグナルを形成するために、前記固定化増幅構成物に呼びか け信号を送る光学システムである。特定の実施形態において、本光学システムは 経皮光学システムであり、他の態様においてファイバー光学システムが用いられ る。 図面の簡単な説明 図１は、光学グルコースモニターシステムの概略図を示す。 図２は、生物適合性マトリックスへの透過後の増幅構成物へのポリヒドロキシ ル化被検体の結合を更に示す光学被検体モニターシステムの概略図を示す。 図３は、移植型増幅システムの呼びかけ信号のための“光パイプ”としてのフ ァイバー光学バンドルを用いる本発明の一実施形態を示す。 図４は、移植型増幅システムの呼びかけ信号のための皮下光源を用いる本発明 の他の実施形態を示す。 図５は、完全に皮下の被検体をモニターするシステムを供するために皮下光源 及びディテクターを用いる本発明の他の実施形態を示す。 図６は、“閉回路”モニター及び補給システム（例えば人工膵臓）を供するた めに被検体源又は薬剤ポンプ（例えばインスリンポンプ）につなげた完全に皮下 の被検体をモニターするシステムを供するために皮下光源及びディテクターを用 いる本発明の他の実施形態を示す。 図７は、光学的に検出することができる過酸化水素を作り出すためのグルコー スとグルコースオキシダーゼとの化学反応を示す。 図８は、図７に示す反応からの曲線、即ち種々のグルコース濃度についての時 間の関数としての蛍光強度を示す。 図９は、異なるグルコース濃度におけるロダミン標識コンカナバリンＡの蛍光 スペクトルを示す。 図10は、グルコースのようなポリヒドロキシル化被検体とホウ素酸複合体Ｎ− メチル−Ｎ−（９−メチレンアントリル）−２−メチレンフェニルホウ素酸との 間の可逆的相互作用を示す。 図11は、励起及び発光波長と共に、いくつかの式Ｉのホウ素酸化合物について の構造を供する。 図12は、増幅構成物として役立つホウ素酸複合体についての合成スキームを示 す。 図13は、増幅構成物として役立つホウ素酸複合体についての他の合成スキーム を示す。 図14は、増幅構成物の固定化のための移植可能増幅システムの３つの例を供す る。 図15は、pH7.4におけるグルコースによる蛍光強度の消光についての検定曲線 を供する。 図16は、アントラセンボロン酸溶液についての可逆的蛍光対グルコース濃度を 示す。 発明の詳細な記載 次の略記が本明細書で用いられる：dl、デシリッター；DEG、ジエチレングリ コール；DMF、ジメチルホルムアミド；IAS、移植可能増幅システム；PBS、リン 酸緩衝塩類溶液；THF、テトラヒドロフラン；DI、膜イオン；PEG、ポリ（エチレ ン）グリコール；mv、ミリボルト；mg；ミリグラム。 全般−− 本発明の広い概念を図１に示す。見ることができるように、その基本的スキー ムは皮膚の外側にあり得るディテクター及びソースモジュールの両方を利用する 。そのソースは皮下増幅システムに呼びかけ信号を送る励起シグナルを供する。 次にそのシステムは外部のディテクターによりモニターされる増幅されたシグナ ルを作り出す。 その増幅システムは、種々の組織に移植することができる。好ましくは、その システムは、皮膚の表面下１〜２mmの深さにおいて皮下に移植される。この深さ において、そのシステムは、真皮膚と皮 下脂肪層との間に容易に移植される。哺乳動物におけるこれらの層は比較的容易 に分離され、そして増幅システム（例えば生物適合性ポリマー中の化学的増幅構 成物）は、わずかな外科的手順で作られた小さなポケットに挿入することができ る。その移植されるシステムは、毛細管血液により灌流され得、そしてグルコー スが容易に拡散することができる材料から作られ得る。あるいは、増幅システム は、関心の被検体を含む他の流体と接触しておくことができる。 （図１に示す）一群の実施形態において、その増幅システムは、局所的な被検 体の濃度によって調節されるシグナルを供する蛍光成分を含み得る固定化された 化学的増幅構成物を含む。（蛍光染料が用いられるこれらの実施形態について） 蛍光光子のためのフィルターを組み込むこともできる。移植された増幅システム はその移植物を覆う又はそれ上に置かれた小さな装置により皮膚を通して呼びか け信号が送られる。その小さな装置は光源（例えばフィルターLED）及びフィル ターディテクター（例えば光電子増倍管、不偏シリコンホトダイオード）を含む 。ディテクターからのシグナルは、例えばインスリンポンプへの投入量又は患者 のための視覚的読みとりとしても用いることができる患者の被検体レベルの連続 的読み取りを供する。他の実施形態（例えば増幅システムの呼び出し信号のため のファイバーオプティックの使用）は以下に記載される。 図２は、本増幅システムを示す更に他の概略図を供する。この図によれば、そ の増幅システムは、透過性膜、増幅構成物を固定化するためのマトリックス、及 び増幅構成物自体を含む。次に、ポリヒドロキシル化被検体は、マトリックスを 透過して、増幅構成物に結合し、そして呼びかけ信号に基づいてシグナルを作り 出し、それが収集され、ろ過され、そして検出される。光源は種々の光源(例え ばレーザーダイオード、LED)であり得、そしてその元はレンズ及び ファイバーオプティクスを含み得る輸送法により増幅システムに送り出され得る 。あるいは、光学的呼びかけ信号は、皮下照射でおこり得る。結果として生ずる シグナルは再びファイバーオプティック又はレンズにより収集され得、そして介 在するフィルター又は弁別器の任意的作用を伴ってディテクターに送られる。 図１〜２に全体的に記載される実施形態に加えて、本発明は、図３〜６に全般 的に記載されるような検出システム及び方法を提供する。 図３において、光源は皮膚の外側に位置し、そして増幅システムは、皮膚を通 して皮下層に挿入されたファイバーオプティックの遠端に置かれ又はそれ上にコ ートされる。ファイバーオプティックは、光源から増幅システムに光を伝達し、 次にその増幅システムから放出された光を収集し、そしてそれをディテクターに もどす。 図４に更に他の実施形態を供する。この図によれば、光源も真皮の下に移植さ れる。内部光源によるIASの呼びかけ信号に基づいて、IASは、外部ディテクター に皮膚を通して伝達されるシグナルを供する。 なお他の実施形態（図５）において、光源及びディテクターは両方とも真皮の 下に移植される。次に、ディテクターは、皮膚の外側にある出力読みとり装置へ の情報の伝達を供する。 最後に、グルコースレベルが測定されるこれらの実施形態について、本発明の 特定の態様は、“閉回路”人工膵臓内のインスリンポンプシステムへのディテク ターシグナルの連結に関する（図６を参照のこと）。 先の記載の結果として、本発明のバイオセンサーは、２つの重要な構成物を含 む。第１の構成物は、シグナル増幅構成物及びポリマーマトリックスの両方を含 む移植可能増幅システム又はIASである 。更に、本発明の重要な特徴は、ポリマーマトリックス中の増幅構成物の固定化 である。固定化は、物理的な捕獲により又は共有結合により行うことができる。 第２の構成物は、光又はシグナルの経皮的又はファイバーオプティック伝達を利 用する光学システムである。 移植可能増幅システム（IAS） １つの態様において、本発明は、被検体シグナルトランスデューサー又は増幅 構成物及びポリマーマトリックス、好ましくは生物適合性マトリックスの組合せ である移植可能増幅システムを供する。酵素的手段、平衡一結合手段及び分光法 の手段を含む被検体シグナルの化学的増幅のためのいくつかの方法がある。 増幅構成物 １．酵素的方法 酵素的方法は、グルコースを、蛍光、化学発光又は吸光度の手段により作用さ れ得る過酸化水素に立体化学的に変換する。１つのこのようなスキームは、Guil bault及び共同研究者らにより記載されるような古典的H₂O₂検出スキームを用い る。Guilbaultら(Anal．Chem.，40：190(1968))を参照のこと。この二量化に基 づくスキームにおいて、グルコースによる光学シグナルは、光学的に増幅され、 検出され得る。図７の最初の等式は、酵素グルコースオキシダーゼによって触媒 されるグルコースと酸素との反応を示す。その生成物は、グルコン酸及び過酸化 水素（H₂O₂）に直ちに転化するラクトンである。図７の２番目の等式は、過酸化 水素及びパラヒドロキシフェニル酢酸（HPAA）の反応を示す。この反応は、他の 酵素である西洋ワサビベルオキシダーゼ(HRP)によって触媒される。その反応の 生成物は、パラヒドロキシフェニル酢酸の二量体である。その二量体は強い蛍光 を示し、その蛍光はグルコース濃度に比例する。図 ８は、図７に示す反応からの曲線を示す。これらの曲線は、種々のグルコース濃 度についての時間の関数としての蛍光強度を示す。 しかしながら、このシステムの主な問題は、それが可逆的でないこと及び還元 剤をセンサーに組み込むことが実用的でないことが見い出されていることである 。長期の経皮センサーとして役立つために、化学的増幅過程は可逆的でなければ ならない。可逆性のためのいくつかの候補が利用できる。例えば、新規のルテニ ウムポルフィリン複合体（例えばRuO₂）を、形成された後の二量体の分解を触媒 するために含めることができる。この連結した反応スキームの使用は、そのシス テムが真に試薬を用いず、その体内での寿命がインプラントへの生理的応答によ り制限されることを意味する。 より長い波長で励起することができる蛍光生成物を作り出すために、HPAAを（ 例えばジアゾ化により）改良することができる。あるいは、HPAAは、強い蛍光を 形成するが短い寿命の反応生成物を形成するように変えることができる。これは 、基本のHPAA骨格に結合したノルボニルカチオンのような配座的に染色された中 間体を作り出すことに関するだろう。蛍光を消光する試み又は蛍光を増強する試 みのいずれかとして分類され得る２つの関連する試みも可能である。１番目の場 合、HRPの基質は蛍光であり、GOXにより形成されたH₂O₂は、HRPに結合した基質 と反応することによりこの蛍光を消光する。２番目の場合、H₂O₂は、酸化した時 に蛍光を発するHRPに結合した非蛍光基質を化学的に酸化する。H₂O₂は、色を変 えた基質を酸化するのに用いることができる。例として、反射ストリップ上に用 いるその型の化学物質は、ゲル上に固定し、フィンガーウェブ内に作られた伝達 体内に用いることができよう。 （図７に示される反応から形成された）H₂O₂を検出することができる蛍光法に 加えて、H₂O₂を検出するのに用いることができる２つ の他の可能性がある。第１の方法はルミノールの化学発光である。ルミノールは H₂O₂による酸化に基づいて化学発光を行い、ここでその放出された光の強度はH₂ O₂濃度に比例する。第２の方法は、H₂O₂の存在下で深い青色に変わる３−メチル −２−ベンゾチアゾリノンヒドラゾンヒドロクラライドのような染料を用いるこ とである。 ２．平衡結合法 ポリヒドロキシル化被検体（例えばグルコース）についての非酵素的平衡に基 づく増幅方法は、酵素が体内で長期にわたってその活性を維持する能力が限られ ているので、酵素的なものが好ましい。更に、（グルコース測定のための）Ｏ₂ 消費に基づく酵素的試みには、体内でのグルコースに対するＯ₂の固有の欠如が おこり、異なる透過性の外部膜を必要とする。 非酵素的平衡に基づく増幅方法は、レクチン又は芳香族化合物に基づくボロネ ート（ゲルマネート(germinate)又はヒ酸塩）のいずれかに基づき得る。Chick( 米国特許第5,342,789)は、競合的結合の試みを記載するが、本発明は標識したレ クチン分子の蛍光強度の減衰のより簡単な試みを用いる。１つの方法は、コンカ ナバリンＡ(Jack Bean)、ビシア・ファバ(Vicia faba)(Fava Bean)又はビシア・ サチバ（Vicia sativa）のようなレクチンを利用する。このようなレクチンは、 約100の平衡定数でグルコースに結合する。Falascaら(Biochem．Biophys．Acta. ，577：71（1979）を参照のこと。フルオレセインイソチオシアネート又はロダ ミンのような蛍光成分でのレクチンの標識化は市販のキットを用いて比較的簡単 である。図９は、異なるグルコース濃度におけるロダミン標識コンカナバリンＡ の蛍光スペクトルを示す。レクチン蛍光の消光の作用のメカニズムは、おそらく グルコース含有レクチンのグルコースが存在しないものへの分子コンホメーショ ンにおける変化のためである。レ クチンの場合、フルオレセイン又はロダミンラベルの蛍光の消光は未知のメカニ ズムでおこるが、おそらくコンホメーション変化のためである。ロダミン標識レ クチン（コンカナバリンＡ）の、ポリウレタン（Jeffamine／siliconeポリウレ タン）膜内への固定化についての詳細は以下に供する。標識レクチンの蛍光は、 グルコース濃度の増加と共に減少した。 生物分子に関連しない単一基質システムに対する他の平衡結合の試みは、ボロ ネートに基づく糖結合化合物を用いることである。グルコースのような糖と標識 したボロネート複合体との間の基本的な相互作用を図10に示す。ボロネート基へ のグルコースの結合は図10に示すように可逆的である。１つの場合、ボロネート 化合物の蛍光はグルコースの添加に基づいて変化する。他の場合、蛍光の増強又 は消光は分子内電子乾物によりおこる。Falascaら(Biochem．Biophys．Acta.，5 77：71（1979）；Nakashima及びShirkai（Chemistry Letters，1267（1994）； 及びJamesら(J．Chem．Soc．Chem．Commun.，277(1994)を参照のこと。特定のボ ロネート複合体において、ルイス酸ホウ素中心の酸性度はグルコースの結合によ り変化する。 グルコースシグナルを種々の手段により伝達するボロネート複合体が記載され ている。Nakashimaら(Chem．Lett．1267（1994）；Jamesら、J．Chem．Soc．Che m．Commun，437（1994）；及びJamesら、Nature，374：345(1995)を参照のこと 。これらはポルフィリン又はインドール型分子の幾何学的変化、ポルフィリンに おける施光能の変化、及びアントラセン型成分における光誘導性の電子伝達を含 む。同様に、１−アントリルホウ素酸は、グルコースの添加により消光されるこ とが示されている。Yoonら（J．Am．Chem．Soc.，114：5874(1992)）を参照のこ と。この効果の仮定されるメカニ ズムは、ジオールの複合化に基づくボロネート基のルイス酸性のシフトのそれで ある。これら全ての公開された試みは、シグナル伝達システムのみを記載する。 上述の試みについての実際に生体内で検出する適用は、好ましくは生物適合性 ポリマーである適切なポリマーシステムへのトランスダクションシステムの固定 化も含む。本発明において、トランスダクションシステム又はシグナル増幅構成 物は適切なポリマーマトリックス内に補えられる。あるいは、その増幅構成物は ポリマーマトリックスに共有結合させることができ、そしてそれにより囲われ得 る。その構成物のポリマーマトリックスへの共有結合は、その化合物の周囲の組 織への漏出、及び非標的流体との増幅構成物の他の不要な接触を防ぐ。 一群の実施形態において、増幅構成物は、アミン官能化染料分子に結合したア リールホウ素酸成分を含む。アリールホウ素酸成分と染料分子との間の結合は、 好ましくは酸素、硫黄、リン又は窒素のような１又は複数のヘテロ原子により断 続された典型的には約２〜約４の炭素原子からのものであり得る。適切な結合の 特定の非限定的例は、-CH₂-NH-CH₂-,-(CH₂)₂-NH-CH₂-,-C(O)CH₂-NH-CH₂-,-CH₂-N R-CH₂-,-(CH₂)₂-NR-CH₂-、及び-C(O)CH₂-NR-CH₂-（式中、Ｒ基は１〜約８炭素原 子のアルキル置換基である）を含む。本明細書に用いる場合、用語“アルキル” とは、直鎖又は分枝鎖であり得る飽和炭化水素基（例えばエチル、イソプロピル 、ｔ−アミル、又は２，５−ジメチルヘキシル）であり得る。この定義は、その 用語が単独で用いられる場合及び“ハロアルキル”及び同様の用語のような化合 物の用語の一部として用いられる場合の両方に適用する。好ましいアルキル基は １〜６炭素原子を含むものである。本明細書及び請求の範囲内の全ての数字の範 囲は、それらの上限及び下限を含むこ とを意図する。更に、上述の結合において窒素原子に結合したアルキル基は、好 ましくは、生物適合性マトリックスへの増幅構成物の共有結合を容易にするであ ろうヒドロキシ、アミノ又はチオールのような官能基で置換されよう。 関連する群の実施形態において、移植可能増幅システムは、式（Ｉ）： の化合物を組み込む。 この式において、Ｄ¹は、蛍光染料、発光染料又は比色染料であり得る染料を 示す。記号Ｒ¹，Ｒ³及びＲ⁴は各々独立して、それらが結合した基の電子、特性 を変える又は周囲のポリマーマトリックスへの共有結合を形成することができる 官能基を含む置換基を示す。好ましくは、Ｒ¹，Ｒ³及びＲ⁴は各々独立して、水 素、ヒドロキシ、アシル、Ｃ₁−Ｃ₄アルコキシ、ハロゲン、チオール、スルホン 酸、スルホンアミド、スルフィン酸、ニトロ、シアノ、カルボン酸、Ｃ₁−Ｃ₁₂ アルキル基、置換化Ｃ₁−Ｃ₁₂アルキル基、Ｃ₁−Ｃ₁₂アルケニル基、置換化Ｃ₁ −Ｃ₁₂アルケニル基、Ｃ₁−Ｃ₁₂アルキニル基、置換化Ｃ₁−Ｃ₁₂アルキニル基、 アリール、置換化アリール、アリールアルキル、置換化アリールアルキル、アミ ン、又は置換化アミンである。上述の置換された種の各々について、置換基は、 好ましくは、ヒドロキシ、アシル、アリール、Ｃ₁−Ｃ₄アルコキシ、ハロゲン、 チオール、スルホン酸、アミン、スルホンアミド、スルフィン酸ニトロ、シアノ 、カルボキシアミド又はカルボン酸である。特に好ましい実施形態において、Ｒ¹ ，Ｒ³及び Ｒ⁴は各々独立して、水素、ヒドロキシ、Ｃ₁−Ｃ₄アシル、Ｃ₁−Ｃ₄アルコキシ 、ハロゲン、チオール、スルホン酸、スルホンアミド、ニトロ、シアノ、カルボ ン酸、Ｃ₁−Ｃ₄アルキル基、Ｃ₁−Ｃ₄アルケニル基、Ｃ₁−Ｃ₄アルキニル基、ア リール、アリールアルキル、又はアミンである。 Ｒ²記号の各々は、独立して、水素もしくはＣ₁−Ｃ₄アルキルであるか、又は ２つのＲ²基と一緒にＣ₂−Ｃ₅アルキレン鎖を形成する。好ましくは、Ｒ²基は両 方水素である。 Ｌ¹及びＬ²の各々は独立して、０〜４の連続する原子、好ましくは１又は２の 原子を有するリンキング基を示す。そのリンキング基は好ましくは、アルキレン 鎖（例えばメチレン、エチレン、プロピレン、又はブチレン）である。あるいは 、アルキレン鎖は、酸素、窒素、硫黄又はリンにより置換された１又は複数の炭 素原子を有し得、ここでそのヘテロ原子上のいずれかの残りの原子価は水素、ヒ ドロキシ基又は酸素基により占有され得ると理解される。好ましくは、存在する ならヘテロ原子は酸素又は窒素である。 記号Ｚは、窒素、硫黄、酸素又はリンを示す。当業者は、Ｚが酸素であるこれ らの実施形態について、Ｒ¹は存在しないであろうことを理解するだろう。更に 、上述のように、ヘテロ原子上のいずれかの残りの原子価が、水素、ヒドロキシ 基又はオキソ基により占有され得る。好ましくは、Ｚは窒素である。記号Ｘは０ 〜４の整数である。 本明細書に用いられる化学的用語は、化学の分野の当業者に受け入れられてい る意味を有する。例えば、用語“アルコキシ”は、（例えばメトキシ、エトキシ 及びｔ−ブトキシのような）他の炭化水素基に共有結合することができる酸素置 換基、も有する上述のアルキル基をいう。“ハロゲン”は、−Ｆ，−Cl，−Br及 び−Ｉを含む が−Ｆ及び−Clが好ましい。本明細書に用いられる用語“アルケニル”は、１又 は複数の不飽和の部位を含む上述のアルキル基をいう。本明細書に用いられる用 語“アルキニル”とは、１又は複数の炭素−炭素三重結合を含む上述のアルキル 基をいう。用語“アリール”とは、エチレン又はメチレン成分のような普通の基 に共有結合又は結合して一緒に融合した単環又は多環であり得る芳香族置換基を いう。芳香環は、各々ヘテロ原子、例えばフェニル−ナフチル、ビフェニル、ジ フェニルメチル、２，２−ジフェニル−１−エチル、チエニル、ピリジル及びキ ノキサリルを含み得る。そのアリール成分は、先に議論されるように任意に置換 され得る。更に、アリール基は、さもなければ水素原子によって占有されるであ ろうアリール基上のいずれかの位置において他の成分に結合することができる。 用語“アリールアルキル”とは、アルキル基に直接結合したアリール基をいう。 好ましくは、式（Ｉ）に用いる染料は、アントラセン、フルオレセイン、キサ ンタン（例えばスルホロダミン、セダミン）、シアニン、クマリン（例えばクマ リン153）、オキサジン（例えばナイルブルー）、金属錯体又は蛍光シグナルを 生産する他の多芳香族炭化水素である。式Ｉの実施形態のいくつかについての構 造は、各々についての励起及び放出波長と共に図11に供される。特に好ましいの は、少なくとも約450nm、好ましくは450〜約800nmの放出波長を有する長い波長 の蛍光染料である。より短い波長の染料は、典型的には、皮膚を通して十分なシ グナルを供さない。結果として、呼びかけ信号及びシグナル送出がファイバーオ プティックによる適用のためにはより短い波長の染料が適する。好ましい短波長 染料は、約320nm〜約450nmの放出波長を有するものである。 本発明のこの態様に用いられる化合物は、以下の実施例に記載さ れる方法により、又はその改良法によって調製することができる。図12は、式Ｉ の化合物についての１つの合成スキームを供する。このスキームにおいて、（Al drich Chemicol Co.，Milwaukee，Wisconsin，USAのような商業的ソースから利 用できる）９−アントラアルデヒドは、メタノール中の水素化ホウ素ナトリウム を用いて還元アミノ化条件下で５−アミノ−１−ペンタノール(Aldrich)で処理 することができる。次に、結果として生ずる第４アミンは、プロモメチルアリー ルホウ素酸誘導体でアルキル化され得、保護された増幅構成物を供する。 図13は、式Ｉの化合物についての他の合成スキームを供する。このスキームに おいて、（Linら、J．Org．Chem．44：4701（1979）に従って調製された）10− （ヒドロキシメチル）−９−アントラアルデヒドは、イミン形成及びその後のイ ミンの水素化ホウ素ナトリウム還元を含む２段階過程においてメチルアミンを用 いて還元的にアミノ化される。次に、第２アミンの適切なアリールホウ素酸誘導 体のアルキル化は、式Ｉの要求される化合物を供する。この族の化合物において 、Ｄ¹成分（例えばアントラセン）は、その化合物の生物適合性マトリックスへ の共有結合を容易にする結合したヒドロキシメチル基を有する。 ３．分光法 最小限に侵入するグルコース検出の他の試みは、表面増強ラマン分光法による 。そのグルコースは、コンカナバリンＡ、又はホウ酸複合体に似た基質に結合し てラマンスペクトルが測定される。 ポリマーマトリックス内の増幅構成物の固定化 生体内での被検体検出のための増幅構成物を用いるために、その反応のための 構成物は皮下に移植され得るポリマーマトリックス内に固定化されなければなら ない。そのマトリックスは、関心の被検 体に透過性であり、体内で安定であるべきである。更に、そのマトリックスは、 生物適合性材料から調製され、又は生物適合性ポリマーでコートされるべきであ る。本明細書に用いる場合、用語“生物適合性”とは、動物への移植に検出でき る悪影響を与えない材料又はマトリックスの特性をいう。被検体への移植可能増 幅システムの最初の導入に基づいていくつかの炎症がおこり得るが、その炎症は 持続せず、そしてそのインプラントは、被包すること（例えば瘢痕組織）により 実行できなくならないだろう。 生物適合性マトリックスは、液体基質（例えばコートされた透析チューブ）又 は固体基質（例えばポリウレタン／ポリウレア、シリコン含有ポリマー、ヒドロ ゲル、ゾルゲル等）のいずれかを含み得る。更に、マトリックスは、例えば透析 ファイバー、テクロン布、再吸収性ポリマー又は島(islet)被包材料から調製さ れた生物適合性シエルを含み得る。そのマトリックスは、ディスク、シリンダー 、パッチ、ミクロスフィア又は再充填可能な包みの形態であり得、注目すべきは 、血管新生を伴う全組織の内への成長を許容する生物適合性メッシュを更に組み 込むことができる。皮下移植が好ましいが、当業者は、他の移植方法を用いるこ とができるであろうことを認めるであろう。マトリックスの重要な特性は、シグ ナルの化学的増幅のために必要な被検体及び他の反応物の透過性である。例えば 、グルコースモニターマトリックスは、グルコースを透過しなければならない。 酵素による試みの場合、そのマトリックスはＯ₂も透過し、H₂O₂に適合しなけれ ばならない。H₂O₂を形成するために酸素及びグルコース透過性が要求される一方 、光センサーのために過酸化水素透過性が必要である。最後に、そのインプラン トは、IASに呼びかけ信号を送るのに用いられる光源からの光に光学的に透過性 であるべきである。 図14は、いくつかの実施形態の図を示す。図14Ａに見られるように、増幅シス テムは、基質層、増幅構成物を含むトランスデューサー層、及び関心の被検体に 透過性である層を含み得る。 基層は、ポリウレタン、シリコーン、シリコン含有ポリマー、クロ／フレック ス、Ｐ−HEMA又はゾル−ゲルのようなポリマーから調製される。その基層は、関 心の被検体に透過性であり得るか、又は不透過性であり得る。その基層が不透過 性であるこれらの実施形態のために、増幅構成物は、基層の外側上にコートされ 、そして更に透過性層でコートされよう（図14Ａを参照のこと）。 いくつかの実施形態において、増幅構成物は、それ自体関心の被検体に透過性 でありそして生物適合性であるマトリックス内に捕獲され又は共有結合によりお おわれるであろう（図14Ｂを参照のこと）。これらの実施形態において、第２の 透過性層は不要である。しかしながら、組織移植を更に容易にするヒドロゲルの ような透過性層の使用が好ましい（図14Ｃを参照のこと）。 １．生物適合性マトリックス材料 ポリマーマトリックスが組織又は流体と接触しておかれるこれらの実施形態に おいて、そのポリマーマトリックスは、好ましくは生物適合性マトリックスであ ろう。生物適合性であることに加えて、移植可能増幅システムのこの最外層につ いての他の要求は、それが関心の被検体を透過することである。いくつかの現在 開示されているシリコン含有ポリマー（1996年９月26日に出願され、引用により 本明細書に組み込まれる同時係属出願通し番号08／721,262号を参照のこと）及 びヒドロゲル（1996年10月24日に出願され、Attorney docked Number 017898-00 0300の、引用により本明細書に組み込まれる同時係属出願通し番号 を参照のこと）を含むいくつかの生物適合性ポリマーが周知である。グルコー ス結合システ ム又は他の被検体増幅構成物のほとんどの固定化のために、シリコーン含有ポリ ウレタンを用いることができる。シリコーンゴム（NuSil 4550）、生物安定性ポ リウレタン（Biomer，Tecothane，Tecofley，Pellethane等）、PEEK（ポリエー テルエーテルケトン）アクリル酸又は組合せのような他のポリマーも適している 。 ａ．シリコン含有ポリマー 一群の実施形態において、増幅構成物はシリコーン含有ポリマー内に捕獲され 又は共有結合される。このポリマーは、その疎水性／親水性のバランスが増幅構 成物へのポリヒドロキシル化被検体の拡散の速度を制御するために広い範囲にわ たって変えられ得る生物学的に許容されるポリマーから調製される均一なマトリ ックスである。そのマトリックスは、ジイソシアネート、親水性ジオール又はジ アミン、シリコーンポリマー及び任意的には、鎖エキステンダーの重合により、 慣用的方法によって調製することができる。結果として生ずるポリマーは、アセ トン又はエタノールのような溶媒に可溶性であり、浸漬、スプーレー又はスピン コーティングにより溶液からマトリックスとして形成され得る。グルコースをモ ニターするための生物適合性マトリックスの調製は、それらの開示が先に引用に より本明細書に組み込まれる同時係属出願通し番号08／721,262及び に記載されている。 生物適合性マトリックスの作製に役立つジイソシアネートは、典型的には、生 物適合性ポリウレタンの調製に用いられるものである。このようなジイソシアネ ートは、Szycher（SEMINAR ON ADVANCES IN MEDICAL GRADE YOLYURETHANES，Tec hnomic Publishing(1995)）に詳細に記載されており、芳香族及び脂肪族ジイソ シアネートの両方を含む。適切な芳香族ジイソシアネートの例は、トルエンジイ ソシアネート、４，４′ジフェニルメタンジイソシアネート、３， ３′−ジメチル−４，４′−ビフェニルジイソシアネート、ナフタレンジイソシ アネート及びパラフェニレンジイソシアネートを含む。適切な脂肪族ジイソシア ネートは、例えば１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチル ヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)，trans−１，４−シクロヘキサンジイ ソシアネート（CHDI），１，４−シクロヘキサンビス（メチレンイソシアネート ）(BDI)、１，３−シクロヘキサンビス（メチレンイソシアネート）(H₆XDI)、イ ソホロンジイソシアネート（IPDI）及び４，４′−メチレンビス（シクロヘキシ ルイソシアネート）（H₁₂MDI）を含む。好ましい実施形態において、ジイソシア ネートは、イソホロンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネ ート、又は４，４′−メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）である。 これらのジイソシアネートのいくつかはAldrich Chemical Company(Milwaukee， Wisconsin，USA)のような商業的ソースから利用でき、又は文献の手順を用いて 普通の合成法によって直ちに調製することができる。 本組成物のための反応混合物に用いられるジイソシアネートの量は、典型的に は、残りの反応物の組合せに対して約50mol%である。より詳しくは、本組成物の 調製に用いるジイソシアネートの量は、残りの反応物のヒドロキシル又はアミノ 基と反応するのに必要な少なくとも約100％の−NCO基を供するのに十分であろう 。例えば、ｘモルのジイソシアネートを用いて調製したポリマーは、ａモルの親 水性ポリマー（ジオール、ジアミン又は組合せ）、ｂモルの官能化末端を有する シリコーンポリマー、及びｃモルの鎖エキステンダーを、ｃが０であり得るｘ＝ ａ＋ｂ＋ｃであるように用いるであろう。 本明細書に記載される生物適合性マトリックスの調製に用いる第 ２の反応物は親水性ポリマーである。親水性ポリマーは、親水性ジオール、親水 性ジアミン又はそれらの組合せであり得る。親水性ジオールは、ポリ（アルキレ ン）グリコール、ポリエステル系ポリオール、又はポリカーボネートポリオール であり得る。本明細書に用いる場合、用語“ポリ（アルキレン）グリコール”と は、ポリ（エチレン）グリコール、ポリ（プロピレン）グリコール及びポリテト ラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)のような低級アルキレングリコールのポ リマーをいう。用語“ポリカーボネートポリオール”とは、鎖の末端にヒドロキ シル官能基を有し、そしてポリマー鎖内にエーテル及びカーボネート官能基を有 するこれらのポリマーをいう。ポリマーのアルキル部分は典型的には、Ｃ２〜Ｃ ４脂肪族基、又は特定の実施形態において、長鎖脂肪族基、シクロ脂肪族基又は 芳香族基から構成される。用語“親水性ジアミン”とは、その末端のヒドロキシ ル基が反応性アミン基により置換されており、又は未端のヒドロキシル基が末端 アミン基を有する伸長鎖を形成できるように誘導化されている上述の親水性ジオ ールのいずれかをいう。例えば、好ましいジアミンは、末端のヒドロキシル基が アミノ基により置換されているポリ（アルキレン）グリコールである“ジアミノ ポリ（オキシアルキレン）”である。用語“ジアミノポリ（オキシアルキレン） ”は、鎖の末端においてアミノアルキルエーテルを有するポリ（アルキレン）グ リコールをいう。適切なジアミノポリ（オキシアルキレン）の一例は、ポリ（プ ロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエーテル）である。先のいくつ かのポリマーは、Aldrich Chemical Companyから得ることができる。あるいは、 それらの合成のために文献記載の方法を用いることができる。 本組成物に用いる親水性ポリマーの量は、典型的には、用いたジイソシアネー トに対して約10モル％〜約80モル％であろう。好まし くは、その量は、ジイソシアネートに対して約20モル％〜約60モル％である。よ り少量の親水性ポリマーが用いられるなら、鎖エキステンダーを含むことが好ま しい（以下を参照のこと）。 ポリヒドロキシル化被検体（例えばグルコース）の測定に役立つシリコーンポ リマーは典型的には直鎖のものである。グルコースをモニターするのに役立つポ リマーのために、優れた酸素透過性及び低いグルコース透過性が好ましい。特に 役立つシリコーンポリマーは、２つの反応性官能基（即ち２の官能性）を有する ポリジメチルシロキサンである。その官能基は、例えば、ヒドロキシル基、アミ ノ基又はカルボン酸基であるが、好ましくはヒドロキシル又はアミノ基である。 特定の実施形態において、第１の部がヒドロキシル基を有しそして第２の部がア ミノ基を含むシリコーンポリマーの組合せを用いることができる。好ましくは、 官能基は、シリコーンポリマーの鎖末端に位置する。いくつかの適切なシリコー ンポリマーは、Dow Chemical Company（Midland，Michigan，USA）及びGeneral Electric Company(Silicone Division，Schenectady，New York，USA)のような ソースから市販される。市販のシロキサン(United Chemical Technologies，Bri stol，Pennsylvania，USA)で出発して、当業者に周知である一般的合成方法によ り、単に他のものを調製することができる。本発明に用いるために、シリコーン ポリマーは、好ましくは、約400〜約10,000の分子量を有するもの、より好まし くは、約2000〜約4000の分子量を有するものであろう。その反応混合物に組み込 まれるシリコーンポリマーの量は、生物適合性膜がそれから形成される結果とし て生ずるポリマーの要求される特徴によるであろう。より低い被検体の浸透性が 要求されるこれらの組成物のために、より大量のシリコーンポリマーを用いるこ とができる。あるいは、より高い被検体の浸透性が要求される組成物のために、 より少量のシリコーンポリマーを用いることができる。典型的には、グルコース センサーのために、シロキサンポリマーの量は、ジイソシアネートに対して10モ ル％〜90モル％であろう。好ましくは、その量は、ジイソシアネートに対して約 20モル％〜約60モル％である。 一群の実施形態において、生物適合性膜の浸透のための反応混合物は、脂肪族 もしくは芳香族ジオール、脂肪族もしくは芳香族ジアミン、アルカノールアミン 、又はそれらの組合せである鎖エキステンダーも含む。適切な脂肪族鎖エキステ ンダーの例は、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジ オール、１，６−ヘキサンジオール、エタノールアミン、エチレンジアミン、ブ タンジアミン、１，４−シクロヘキサンジメタノールを含む。芳香族鎖エキステ ンダーは、例えば、パラ−ジ（２−ヒドロキシエチル）ベンゼン、メタ−ジ（２ −ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、Etha −ジ（メチルチオ）トルエン）、３，３′−ジクロロ−４，４′ジ ールビス（パラ−アミノベンゾエート）エステル）、及びメチレンジアニリンを 含む。１又は複数の上述の鎖エキステンダーの組込みは、典型的には、更なる物 理的な長さを結果として生ずる生物適合性ポリマーに与えるが、実質的にポリマ ーのグルコース透過性を増加させない。好ましくは、少量（即ち10〜40モル％） の親水性ポリマーを用いる場合、鎖エキステンダーが用いられる。特に好ましい 組成物において、鎖エキステンダーは、ジイソシアネートに対して約40モル％〜 60モル％、存在するジエチレングリコールである。 ｂ．ヒドロゲル いくつかの実施形態において、増幅構成物を含むポリマーマトリックスは、ヒ ドロゲル、酢酸セルロース、Ｐ−HEMA、ナフィオン(nafion)、又はグルタルアル デヒドのような透過性層で更にコートすることができる。本発明においてはいく つかのヒドロゲルが役立つ。グルコースのモニターが行われるこれらの実施形態 のために、好ましいヒドロゲルは、その開示が引用により本明細書に先に組み込 まれている同時係属出願通し番号 に記載されているものである。あ るいは、ヒドロゲルは、増幅構成物を包む又は捕獲するポリマーマトリックスと して用いることができる。更に他の実施形態において、増幅構成物は、ヒドロゲ ルに共有結合させることができる。 適切なヒドロゲルは、ジイソシアネート及び親水性ポリマー、並びに任意に鎖 エキステンダーの反応から調製することができる。ヒドロゲルは極めて親水性で あり、そして約120重量％〜約400重量％、より好ましくは150重量％〜約400重量 ％の水ピックアップを有するだろう。本発明の態様に用いられるジイソシアネー ト、親水性ポリマー及び鎖エキステンダーは、先に記載されるものである。本組 成物のための反応混合物に用いられるジイソシアネートの量は、典型的には、残 りの反応物の組合せに対して約50モル％である。より詳しくは、本発明の調製に 用いられるジイソシアネートの量は、残りの反応物のヒドロキシル又はアミノ基 と反応するのに必要な−NCO基の少なくとも約100％を供するに十分であろう。例 えば、ｘモルのジイソシアネートを用いて調製されるポリマーは、ａモルの親水 性ポリマー（ジオール、ジアミン又は組合せ）、及びｂモルの鎖エキステンダー を、ｂが０であり得るｘ＝ａ＋ｂとなるように用いるだろう。好ましくは、親水 性ジアミンは、その末端のヒドロキシル基がアミノ基で置換されたポリ（アルキ レン）グリコールで ある“ジアミノポリ（オキシアルキレン）”である。用語“ジアミノポリ（オキ シアルキレン）”とは、その鎖の末端においてアミノアルキルエーテル基を有す るポリ（アルキレン）グリコールもいう。適切なジアミノポリ（オキシアルキレ ン）の一例は、ポリ（プロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエーテ ル）である。異なる平均分子量を有するいくつかのジアミノポリ（オキシアルキ e600，Jeffamine900及びJeffamine2000)として売られている。これらのポリマー は、Aldrich Chemical Companyから得ることができる。あるいは、文献記載の方 法は、それらの合成のために用いることができる。 本組成物に用いられる親水性ポリマーの量は、典型的には、用いるジイソシア ネートに対して約10％〜約100％であろう。好ましくは、その量は、ジイソシア ネートに対して約50モル％〜約90モル％である。100％未満の親水性ポリマーが 用いられる場合、（合部で100％にする）残りの割合は鎖エキステンダーであろ う。 基層構成物又はヒドロゲル構成物の重合は、バルク重合又は溶液重合によって 行うことができる。触媒の使用は、要求されないが好ましい。適切な触媒は、ジ ブチルチンビス（２−エチルヘキサノエート）、ジブチルチンジアセテート、ト リエチルアミン及びそれらの組合せを含む。好ましくは、ジブチルチンビス（２ −エチルヘキサノエート）が触媒として用いられる。バルク重合は、典型的には 、その反応物の適切な混合を確実にするため、約25℃（周囲温度）〜約50℃の開 始温度で行われる。反応物の混合に基づいて、約90〜120℃に上昇する温度で、 発熱線が典型的に観察される。開始の発熱線の後、その反応フラスコは75℃〜12 5℃に加熱することができるが、90℃〜100℃が好ましい温度範囲である。加熱は 、通常、１ 〜２時間、行われる。 溶液重合は、同様の方法で行うことができる。溶液重合に適した溶媒は、テト ラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセ トラミド、ハロゲン化溶媒、例えば１，２，３−トリクロロプロパン：及びケト ン、例えば４−メチル−２−ペンタノンを含む。好ましくは、溶媒としてTHFが 用いられる。重合が溶媒内で行われる場合、その反応混合物の加熱は典型的には 、少なくとも３〜４時間、好ましくは少なくとも10〜20時間行われる。この時間 終りに、その溶液ポリマーは、典型的には室温に冷やされ、そしてDI水に注がれ る。その沈澱したポリマーが収集され、乾燥され、熱いDI水で洗浄されて溶媒及 び未反応のモノマーが除去された後、再乾燥される。 ２．増幅構成物を固定化するための方法 増幅構成物の上述のポリマーマトリックスへの固定化は、マトリックスの形成 の間に重合混合物にその構成物を組み込むことによって行うことができる。適切 な利用できる官能基を有する構成物が調製されるなら、その構成物は、形成の間 にポリマーに共有結合されるであろう。あるいは、その構成物は、形成の間、マ トリックス内に捕獲され得る。 ａ．共有結合 一群の実施形態において、蛍光発生性反応の酵素及び基質は、共有結合化学を 用いて、適切なベース材料内に、又はその表面上に固定化される。その酵素は、 ストレプトアビジン／ビオチンカップリングのような種々の共有結合技術のいず れかを用いて、ベースポリマーの１の構成物に結合させることができる。蛍光発 生性反応の基質は、ポリマー合成に一般的に用いられる種々の共有結合技術のい ずれかを用いて、例えば縮合、縮合−脱離又はフリーラジカル重合 により、ベース材料に共有結合させることができる。式Ｉの化合物のために、適 切な官能化は、１又は複数のペンダント基Ｒ¹，Ｒ³又はＲ⁴において行うことが できよう。縮合型重合のために、単結合リンカーの使用は末端の結合を導き、他 方２又は３のＲ基は、各々鎖の伸長及び架橋を導く。フリーラジカル型重合のた めに、鎖の伸長は、単一の官能化Ｒ基でおこり得る。 実施例３に概説するように、アミン末端ブロックコポリマーであるポリ（プロ ピレングリコール）−ブロック−ポリ（エチレングリコール）−ブロック−ポリ （プロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエーテル）は、ジイソシア ネートと反応させて生物適合性親水性ポリウレアを形成させることができる。ヒ ドロキシ官能化蛍光モノマーの組込みは、この例において鎖末端ウレタン結合と しての、共有結合した増幅構成物を含むポリマーを供する。いずれの場合でも、 固定化の目的は、分子システムの要求される光学及び化学活性を保持するように 、増幅構成物をマトリックスに組み込むことである。図16は、生理学的範囲にわ たるグルコース濃度の関数としてのアントラセン−ボロネートの溶液についての 蛍光の可逆的変化を示す。 いくつかの実施形態において、増幅構成物は、形成の間のポリマーへの共有結 合のための適切な官能基で置換されよう。この例において、試薬に簡単に捕獲さ れる。共有結合又は捕獲法のいずれかのために用いられる増幅構成物の量は、典 型的には、生物適合性マトリックスの全重量に対して、約0.5重量％〜約10重量 ％のオーダーに基づき得る。当業者は、その量が、形成されるシグナルの強度及 びディテクターの感度により、上又は下に更に調節することができることを理解 するであろう。 光学システム 本明細書に記載されるバイオセンサーの第２の態様は、IASに呼びかけ信号を 送り、そしてこれによりIASにより生産されるシグナルを検出するための光学シ ステムができる。本明細書に用いる場合、用語“呼びかけ信号”とは、IASにお ける増幅構成物の照射及び次の放出された光の検出をいう。経皮光学システムを 示す一実施形態を図１に示す。ここにおいて、光源（Ｓ）は皮膚を通して光り、 そしてディテクター（Ｄ）は、皮膚を通して伝えられた蛍光を検出する。図３〜 ６は、光源が移植され、又は光がファイバーの端に位置した増幅システムに、フ ァイバーオプティックを通して移動する場合の皮膚を通しての伝達のない実施形 態を示す。 図１は、皮下に移植した光学グルコースモニターシステムの概略図を示す。光 源（Ｓ）は、ランプ、LED、又はレーザーダイオード（パルス又は変調）であり 得る。ディテクター（Ｄ）はホトダイオード、CCDディテクター又は光電子増倍 管であり得る。任意に、要求される波長を得るために光の入射及び／又は発射し たビームをフィルターにかけるためフィルターが用いられる。光源及びディテク ターは、体の外に位置して図１に示されるが、光源及び／又はディテクターは、 図３〜６に示すように移植することができる。固定化された増幅構成物を有する 生物適合性材料（例えばシリコーン、ポリウレタン又は他のポリマー）はその皮 膚下に移植される。光源は移植されたシステムを照射するのに用いられ、そして ディテクターは、放出された（典型的に蛍光の）光の強度を検出する。他の相互 作用のモデル、例えば吸光度、透過率、又は反射率も、ディテクター又はスペク トロメーターにより測定される光の量又は光の特徴の変化が局所的な被検体（例 えばグルコース）濃度により変えられるなら、用いることができる。更に他の検 出方法において、光強度でなく蛍光の寿命が測定される。 蛍光の場合、グルコースシグナルを定量するために励起及び発光の強度の比率 を用いることができる。好ましい実施形態において、検定フルオロホアの蛍光に 対する増幅構成物からの蛍光の比率が測定される。この方法は、（例えば異なる 皮膚状態により生ずる）皮膚を通しての光輸送のレジストレーション及びバリエ ーションによる誤差を除去する。 生体内での被検体の検出及び定量のための方法 上述の組成物及び装置の観点において、本発明は、生体内での被検体の検出及 び定量のための方法を提供する。より詳しくは、その方法は、 （ａ）皮下に移植した増幅システムに、エネルギー源で、呼びかけ信号を送り 、励起した増幅システムがポリビロキシル化被検体の量に対応するエネルギー放 射を作り出すようによるステップと、 （ｂ）該放射を検出することにより、個体中のポリヒドロキシル化被検体の量 を定量するステップと、 により、個体におけるポリヒドロキシル化被検体の量を定量することに関する。 増幅及び光学システムは、本質的に上述されたものであり、そして生物適合性 マトリックスの構成物（例えばシリコン含有ポリマー、ヒドロゲル等）を含む好 ましい実施形態も上述のものである。本方法を行う前に、増幅システムは、最小 限に侵入する外科的又は顕微外科的技術を用いて個体に移植される。このような 移植の目的は、増幅システム及び関心の被検体を（被検体を含む流体又は組織内 に）接触させておくことである。従って、増幅システムは、皮膚の中もしくは下 に、又は器官もしくは血管内におくことができる。経皮的呼びかけ信号を用いる 場合、増幅システムは、好ましくは、皮膚表面下約１〜２mmに皮下におかれる。 ファイバーオプティックが 介在する呼びかけ信号のためには、その深さは皮膚表面下１〜４mmであろう。光 学システム及び増幅構成物がインスリンポンプと連絡するこれらの実施形態にお いては、その配置は、より深い所であり得る。 ポリヒドロキシル化被検体は、互いに隣接した位置に２又はそれ超のヒドロキ シ官能基を有する種々の内因性物質又は生体異物のいずれかであり得る。 既に示した通り、適切な増幅システムは先に記載されている。しかしながら、 特定の好ましい実施形態において、移植された増幅システムは、増幅構成物から のシグナルを妨害しないシグナルを供する検定フルオロホアを更に含むであろう 。いくつかの好ましい実施形態において、IASは、ボロネートベースの糖結合化 合物、より好ましくは式Ｉの化合物及び検定フルオロホアを含む。適切な検定フ ルオロホアは、フルオレセイン、クマリン、オキサジン、キサンテン、シアニン 、金属錯体及び蛍光シグナルを作り出すポリ芳香族炭化水素のような蛍光染料で ある。他の好ましい実施形態において、増幅システムは、検定フルオロホア及び Ｄ¹が長波長蛍光染料である式Ｉの化合物を含むだろう。 当業者が本発明をより十分に理解できるために、グルコース応答性システムの 調製のための一般的原理を示す以下の実施例を示す。これらの実施例は詳説する 目的のみに供され、添付の請求の範囲の記載を限定するものとして考えるべきで ない。全ての部は他に示されなければ重量による割合（％）である。 実施例 以下の実施例において、実施例１は、種々の化学増幅構成物の合成を供する。 実施例２は、生物適合性ポリマーの合成を供する。実 施例３は、生物適合性ポリマーへの特定の増幅構成物の共有結合の記載を供する 。 全般的材料及び方法 他に示さなければ、本実施例に用いた材料は、Aldrich Chemical Co．（Milwa ukee，Wisconsin，USA又はSigma Chemical Company（St．Louis，Missouri，USA ）から得た。 実施例１ 1.1 パラ−ヒドロキシフェニル酢酸ダイマーの生成 グルコースオキシダーゼ（10ｖ／ml）(GOX)、西洋クサビペルオキシダーゼ（ １ｖ／ml）(HRP)及びパラ−ヒドロキシフェニル酢酸の溶液を、分光蛍光計内の キュベット内で混合した。時間０に、グルコースのアリコート（100mg／dl）を 加え、その蛍光強度を時間の関数としてモニターした。図８は、グルコース濃度 対蛍光強度の検定曲線を示す。 1.2 フルオレセイン標識化ホウ素酸（FABA）の合成 フルオレセイン標識化ホウ素酸（FABA）の調製を、引用により本明細書に組み 込まれるVzielら（Biochem．Biophys．Res．Commun.，180:1233(1991)）に記載 されるように行った。 要約すると、３−アミノフェニルホウ素酸の溶液（５ml）をDI水中に調製した 。そのpHをNaOH及びNaHCO₃で調節した。フルオレセインインチオシアネート(0.4 5mmol)を加え、その混合物を室温で一晩撹拌した。フルオレセイン標識化ボロネ ートを黄色結晶として単離した。pH10において、その化合物の蛍光は、その溶液 へのグルコースの添加により大きく減少した。 1.3 標識化ホウ素酸の合成 本明細書に記載される標識化ホウ素酸は、図12及び13に示すスキームに概説さ れるように調製した。 ２，４，６−（０−（ブロモメチル）フェニル）ボロキシン（１）は、AIBN触 媒のための２，４，６−０−トリルボロキシン置換化ベンジルペルオキシド(BPO )から文献記載の手順に従って調製した(Hawkinら、J．Am．Chem．Soc．82：3863 (1960)を参照のこと)。 ９−（Ｃ）Ｖ−メチル−Ｎ−（０−ボロノベンジルノアミノ）メチル）アント ラセン（２）は、文献記載の手順（Ａ）（Jamesら、J．Am．Chem．Soc．117：89 82（1995）を参照のこと）の改良型により、又は方法（Ｂ）により合成した。 （Ａ）：２，４，６−（０−（ブロモメチル）フェニル）ボロキシン(100mg， 0.18mmol)及び９−（（メチルアミノ）メチル）アントラセン(254mg，1.1mmol) を、３時間、50mlのクロロホルム中で還流した。その混合物を氷浴中で０℃に冷 やし、半融ガラスフリットを通してろ過した。減圧下でそのろ液から溶媒を除去 した。その米国材料を３×３ml部のアセトニトリル／水（９／１，ｖ／ｖ）で洗 って、９−（（メチルアミノ）メチル）アントラセンの塩酸塩を除去し、青みが かった黄色の粉末として（２）を供した：155mg（48％）；mp 149-151℃(Iit．m p 147-152℃)；¹H NMR(300.13 MHz，CD₃OD)δ2.27(s，3H)，3.85(s，2H)，4.60( s，2H)，7.00-7.80(m，8H)，8.05(m，2H)，8.30-8.70(m，3H)。 （Ｂ）：50mlのアセトニトリル中の９−（（メチルアミノ）メチル）アントラ セン(1.00ｇ，4.5mmol)，２−ブロモベンジルプロミド(1.13ｇ，4.5mmol)及びK₂ CO₃(0.691ｇ，5.0mmol)の溶液を、18時間、窒素下で還流した。その溶液を半融 ガラスフィルター上でろ過し、減圧下でそのろ液から溶媒を除去して９−（Ｎ− メチル−Ｎ−（０−ブロモベンジル）アミノ）メチル）アントラセン（NMRで95 ％）を生成した。結果として生じた固体をジエチルエーテル（50ml ）中にとり、１等量のブチルリチウムで処理した。その混合物を２時間、０℃で 撹拌し、この時に５等量のトリメチボレートをカニューレにより加えた。その混 合物を室温まで暖めた後、その反応を止めるために50mlの水を加えた。そのエー テル層を分離し、３×10mlの水で洗って、そして硫酸ナトリウムで乾燥させた。 減圧下での溶媒の除去により、52％収率で（Ａ）で得たのと同一の固体を供した 。 ２，２−ジメチルプロパン−１，３−ジイル（０−（ブロモメチル）フェニル ）ボロネート（３） ２，４，６−（０−（ブロモメチル）フェニルボロキシン(5.0ｇ，25.4mmol) 及び２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール（8.73ｇ，83.8mmol）を、24 時間、水の共沸除去(Dean−Stark)と共にトルエン(200ml)中で還流した。その溶 媒を真空下で除去して固体／油混合物を供し、次にそれを25mlトルエン及びシリ カゲル中でスラリーにした。結果として生じた混合物を半融ガラスフリット上で ろ過し、その洗浄物がTLCによる生成物の証拠を示さなくなるまで冷やしたトル エンで全体をそそいだ。その組み合わせたろ液を減圧下でエバポレートして青み がかった黄色の油として（３）を供した：6.76g（94％）；¹H NMR(300.13MHz，C D₃CN)δ1.05(s，6H)，3.81(s，4H)，4.95(s，2H)，7.15-7.45(m，3H)，7.74(m， 1H)。 ９，10−ビス（（メチルアミノ）メチル）マントラセイン（４） そのタイトルの化合物は、文献記載の手順(Jamesら、J．Am．Chem．Soc．117 ：8982（1985）を参照のこと）により調製した。 ９−（（５−ヒドロキシペンチル）アミノメチル）アントラセン（５） ０℃において500mlのエタノールに溶かしたアントルアルデヒド(9.595ｇ，0.0 465mol)及び５−アミノ−１−ペンタノール(15.00ｇ ，0.116mol)の溶液を３時間、撹拌した。室温まで暖めた後、その溶媒を減圧下 で除去し、そしてNaBH₄(4.65ｇ，0.1229mol)を含む150mlのエタノールを撹拌し ながらゆっくり加えた。結果として生じた混合物を一晩撹拌させた。減圧下でエ タノールを除去し、その茶色の油／固体に、150mlのジエチルエーテルを加えた 。この溶液に、水素の放出が止まるまで水を滴下して加え、次に500mlの水を加 えた。そのエーテル相を単離し、２×50mlの水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥さ せ、そして半融ガラスフリットでろ過した。溶媒の除去により金色の固体として 12.17ｇ（89.2％収率）の（５）を供した：¹H NMR(300.13MHz，CD₃CN)δ1.51(m ，6H)，2.81(t，2H)，3.49(t，2H)，4.68(s，2H)，7.52(m，4H)，8.05(d，2H)， 8.44(m，3H)；¹³Ｃ−｛¹H｝NMR(75.4MHz，CDCl₃)δ133.1，132.0，131.7，130.4 ，128.6，127.4，126.2，125.1，62.9，51.1，45.8，33.5，30.3，24.8。 ９−（（Ｎ−（５−ヒドロキシペンチル）−Ｎ−（エチル）アミノ）メチル） アントラセン（６） ９−（（５−ヒドロキシペンチル）アミノメチル）アントラセン(1.00ｇ，3.4 1mol)及びK₂CO₃（0.518ｇ，3.75mmol）を25mlのアセトニトリル中にとった。エ チルブロミド(11.14ｇ，102mmol)を加え、そしてその混合物を24時間、窒素下で 還流した。その混合物を半融ガラスフリット上でろ過し、その溶媒及び過剰なエ チルブロミドを減圧下で除去した。その溶媒の除去により黄色固体として1.07ｇ （98％収率）の（６）を供した：¹H NMR(300.13MHz，CD₃CN)δ1.15(m，2H)，1.3 8(m，5H)，1.81(m，2H)，3.05(m，4H)，3.49(t，2H)，5.21(s，2H)，7.45(m，2H )，7.62(m，2H)，8.05(d，2H)，8.44(m，3H)；¹³Ｃ−｛¹H｝NMR(75.4MHz，CDCl₃ )δ131.8，131.3，130.8，129.6，128.0，125.6，124.0，61.7，53.1，49.4，48 .7，31.4， 23.9，23.3，10.0。 ９−（（Ｎ−（５−ヒドロキシペンチル）−Ｎ−（０−ボロ／ベンジル）アミ ノ）メチル）アントラセン（７） ９−（（５−ヒドロキシペンチル）アミノメチル）アントラセン(1.06ｇ，3.5 1mol)及びK₂CO₃(0.56ｇ，4.05mmol)を15mlのアセトニトリルにとった。５mlのア セトニトリル中の２，２−ジメチルプロパン−１，３−ジイル（０−ブロモメチ ル）フェニル）ボロネート（1.02ｇ，3.51mmol）の溶液を加え、その混合物を24 時間、窒素下で還流した。その混合物を半融ガラスフリット上でろ過し、そして その溶媒を減圧下で除去した。結果として生ずる固体をアセトニトリル／水（４ ：１，ｖ／ｖ）と共に破砕して、ボロネート基を脱保護して、半融ガラスフリッ ト上でろ過し、真空乾燥して青みがかった黄色の固体として（９）を生成した：¹ H NMR(300.13MHz，CD₃OD)δ0.95(m，2H)，1.15(m，2H)，1.60(m，2H)，2.82(m ，2H)，3.45(m，2H)，4.45(s，2H)，5.08(s，2H)，7.1-7.8(m，8H)，8.07(d，2H )，8.21(d，2H)，8.62(s，1H）；¹³Ｃ−｛¹H｝NMR(75.4MHz，CDCl₃)δ135.8，13 3.0，131.5，129.1，128.6，127.8，126.5，124.9，62.4，61.9，53.7，49.7，3 2.6，24.9，24.6。 10−（ヒドロキシメチル）−９−アントルアルデヒド（８）を、文献記載の手 順に従って調製した(Linら、J．Org．Chem．44：4701(1979)を参照のこと）。 10−（ヒドロキシメチル）−９−（（メチルイミノ）メチル）アントラセン（ ９） 10−（ヒドロキシメチル）−９−アントルアルデヒド（3.00ｇ，12.7mmol）を 50mlのメタノール中のメチルアミンの飽和溶液に加え、２時間、室温で撹拌した 。その溶液及び過剰なメチルアミンを減圧下で除去して明るい黄色の粉末(quant )としてイミンを供した：¹ H NMR(300.13MHz，DMSO-d₆)δ3.35(s，3H)，5.51(s，2H)，7.61(m，4H)，8.55( m，4H)，9.48(s，1H)。 10−（ヒドロキシメチル）−９−（（メチルアミノ）メチル）アントラセン（ 10） 10−（ヒドロキシメチル）−９−（（メチルイミノ）メチル）アントラセン(1 .00ｇ，4.0mmol)を25mlのイソプロパノール中でスラリーにした。NaBH₄（0.454 ｇ，12.0mmol）を固体として加え、そしてその溶液を72時間、室温で撹拌した。 その混合物を半融ガラスフリット上でろ過し、そしてその溶媒を減圧下で除去し て明るい黄色の粉末として（10）を生成した（0.853ｇ，86％収率）：¹H NMR(30 0.13MHz，CD₃OD)δ2.55(s，3H)，4.64(s，2H)，5.56(s，2H)，7.55(m，4H)，8.3 8(m，2H)，8.50(m，2H)；¹³Ｃ−｛¹H｝NMR(75.4MHz，CD₃OD)δ133.4，133.0，13 1.6，131.5，126.9，126.7，126.2，125.7，57.2，47.9，36.5。 10−（ヒドロキシメチル）−９−Ｎ−（０−ボロノベンジル）アミノ）メチル アントラセン（11） 10−（ヒドロキシメチル）−９−（（メチルアミノ）メチル）アントラセン（ 0.800ｇ，3.18mmol）及びK₂CO₃（0.56ｇ，4.05mmol）を15mlアセトニトリルにと った。５mlアセトニトリル中の２，２−ジメチルプロパン−１，３−ジイル（０ −（ブロモメチル）フェニル）ボロネート（３）（1.00ｇ，3.44mmol）を加え、 そしてその混合物を24時間、還流した。その混合物を半融ガラスフリット上で熱 してろ過し、そして冷やして黄色固体を沈澱させた。結果として生じた固体をア セトニトリル／水（４：１，ｖ／ｖ）で破砕し、半融ガラスフリット上でろ過し 、そして真空乾燥して明るい黄色の固体（0.632g，51.6％収率）：¹H NMR(300.1 3MHz，CD₃OD)δ2.58(s，3H)，4.58(s，2H)，5.22(s，2H)，5.61(s，2H)，7.62(m ，6H)，7.80( m，2H)，8.18(m，2H)，8.58(m，2H)；¹³Ｃ−｛¹H｝NMR(75.4MHz，CD₃OD)δ136.9 ，136.2，135.9，132.9，132.7，131.4，129.9，128.3，127.1，126.8，126.5， 124.9，124.1，63.8，57.1，50.9，40.7。 実施例２ 本実施例は、増幅構成物の固定化のために用いられるポリマーの調製を供する 。 2.1 生物適合性ポリマー（シリコーン含有ポリマー及びヒドロゲルコーティン グ） 2.1ａシリコーン含有ポリマー 皮下移植のための生物適合性シリコーン／ポリウレタンパッチ材料の合成 窒素下の、機械的撹拌器及びコンデンサーを備えたオーブンで乾燥した100ml の３つ首丸底フラスコに、65mlの無水THF，80 mgのジブチルチンジラウレート（ 触媒）、5.05ｇのポリ（プロピレングリコール−ｂ−エチレングリコール−ｂ− プロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエーテル）（8.4mmol，0.75 等量）、7.01ｇのポリジメチルシロキシン、アミノプロピルジメチル末端(平均 分子量MW2500)(2.8mmol，0.25等量)、及び2.94ｇの４，４′−メチレンビス（シ クロヘキシルイソシアネート）（11.2mmol，１等量）を４Å分子量、ふるいを通 して乾燥させて加えた。開始の発熱線を26℃から39℃に上げた。その反応溶液を 約15時間、還流下で加熱し、その熱を除去し、そしてその溶液を室温まで冷やし た。その目で見てより粘性である冷やした溶液を迅速に撹拌しているDI水約900m lに注いだ。その沈澱したポリマーを収量（約800mlのDI水で再び洗った。その収 集したポリマーを80℃で真空乾燥した。 他の適切なシリコーン含有ポリマーは同時係属出願通し番号08／ 721,262に記載される。 ポリマー形成のバルク重合法を、イソホロンジイソシアネート、PEG600、ジエ チレングリコール及びアミノプロピル末端ポリジメチルシロキサンで、以下の通 り行った。 イソホロンジイソシアネート（4.44ｇ，20mmol，100mol％）を分子、ふるいで 乾燥させて、窒素パージライン及び還流コンデンサーを備えた100ml丸底フラス コに移した。PEG600（2.40ｇ，4.0mmol，20mol％）、ジエチレングリコール（1. 06ｇ，10mmol，50mol％）及びアミノプロピル末端ポリジメチルシロキサン（15 ｇ，60mmol，30mol％，2500平均分子量に基づくもの）を、フラスコに加えた。5 0℃の温度を得るまで、加熱マントルを用いて、加熱を開始した。ジブチルチン ビス（２−エチルヘキサノエート）（15mg）を加え、その温度を約95℃に増加さ せた。その溶液をその混合物が次第に粘性になる時まで、４時間にわたり、65℃ の温度で連続的に撹拌した。その結果として生ずるポリマーを50mlの熱いTHFに 溶かし、冷却した。冷却した後、その溶液を５Ｌの撹拌中のDI水に注いだ。その 沈澱したポリマーを小さな断片にちぎり、一定の重量になるまで50℃で乾燥させ た。 １，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、PEG200及びアミノプロピル末端ポ リジメチルシロキサンを用いる溶液重合法を以下の通り行った。 乾燥した１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート（1.34ｇ，8mmol，100モル ％）を20mlの乾燥THFを含む３つ首フラスコに加えた。PEG200（0.8ｇ，4.0mmol ，50mol％）を撹拌しながら加え、次にアミノプロピル末端ポリジメチルシロキ サン（10ｇ，4.0mmol，50mol％）を加えた。結果として生じた溶液を50℃に温め 、そしてジブチルチンビス（２−エチルヘキサノエート）（約11mg）を加えた 。開始温度を83℃に上げた後、その混合物を暖めて、その混合物が極めて粘性に なる時間である12時間、70℃に保持した。冷却した後、その混合物を３Ｌの迅速 に撹拌中のDI水３Ｌに注いだ。その沈澱したポリマーを収集し、DI水で洗い（３ ×）、小さな断片にちぎり、一定の重量になるまで50℃で乾燥させた。 表１は、生物適合性マトリックス中にある代表的なポリマーについての５つの 製剤を供する。それらのポリマーは、溶液重合によって調製した。 2.1ｂヒドロゲルコーティング及びポリマー バイオセンサーコーティングとして用いるのに適したヒドロゲルをジイソシア ネートを、等モル量の親水性ジオールもしくはジアミンと、又はその組合せのモ ル量がジイソシアネートと等しいような ジオールもしくはジアミン及び鎖エキステンダーの組合せと組み合わせることに よって調製した。溶媒としてのTHF及び微量触媒（トリブチルチンエチルヘキサ ノエート）を用いるワン・ポット反応において重合を行った。その反応物を還流 温度まで加熱し、この温度に一晩（約16時間、維持した。その結果生ずるポリマ ー溶液を約20℃の大量のDI水に注ぎ、次にろ過して乾燥し、そして煮沸DI水で洗 った。結果として生ずるポリマーを再び乾燥させて、次に（５重量％溶液として の）２−プロパノール中にとって、増幅構成物を包むのに用いた。 代表的ヒドロゲルコーティング及びポリマーの製剤を表２に示す。 2.2生物適合性マトリックスへの増幅構成物の組込み 2.2ａ膜へのFABA（フルオレセイン標準化ホウ素酸）の組込み。 FABAの蛍光はpHセンシティブである。グルコースの添加による蛍光の消光を測 定するために、pH10におけるポリマー膜中にFABAを組み込むための方法を開発し た。親水性ポリウレタンの７重量％溶液を２−プロパノール中に作った。このベ ース溶液を、pH10.0の0.1Ｍリン酸緩衝液中に溶かしたFABAの0.2mmol溶液と組み 合わせた。 その膜の最終濃度は約５重量％であった。その溶液３mlをガラスプレート上に広 げ、その膜を乾燥させることにより膜をキャストした。次にその膜の部分をガラ スの薄い断片にくっつけ、蛍光キュベットの斜め方向においた。pH7.4緩衝液中 で蛍光スペクトルを走らせた。図15は、この実験から得た検定曲線を示す。見ら れるように、その蛍光強度はpH7.4でグルコースにより消光された。 実施例３ 本実施例は、生物適合性ポリマーへの特定の構成物の共有結合を記載する。 ウレタン結合による親水性ポリマーへの（６）の組込み コンデンサー及びテフロン撹拌棒を備えた３つ首200mlフラスコに、60mlの乾 燥THF、ポリ（プロピレングリコール）−ブロック−ポリ（エチレングリコール ）−ブロック−ポリ（プロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエーテ ル）（平均分子量900，Jef チルヘキサノエート）触媒(0.052ｇ)を加えた。撹拌しながら、2.49ｇ(9.5mmol) の４，４′−メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）を加え、その結果 生じた混合物を室温で一晩、撹拌させた。９−（（５−ヒドロキシ−ぺンチル） アミノメチル）アントラセン(0.32ｇ，1.0mmol)を加え、その混合物を２時間、 還流させた。そのフラスコを加熱からはずし、撹拌棒を機械的撹拌器につけた。 撹拌しながら、２mlTHF中の１，６−ヘキサメチレンジアミン(0.29ｇ，2.5mmol) をその溶液に加え、次に、1.5時間、還流した。その粘性の塊を500mlの水に加え て、ブフナー漏斗上で空気乾燥して一晩真空下におき、こはく色の固体を形成し た。ポリマーのフィルムを、ガラスプレート上でエタノール溶液（１ｇポリマー ／10mlエタノール）をキャストして空気乾燥することにより、調製した。 ウレタン結合による親水性ポリマーへの（７）の組込み コンデンサー及びテフロン撹拌棒を備えた３つ首200mlフラスコに、60mlの乾 燥THF、ポリ（プロピレングリコール）−ブロック−ポリ（エチレングリコール ）−ブロック−ポリ（プロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエーテ ル）（平均分子量約900，Jート）触媒(0.052ｇ)を加えた。撹拌しながら、2.49ｇ（9.5mmol）の４，４′− メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）を加え、その結果生じた混合物 を室温で一晩、撹拌させた。９−（（５−ヒドロキシ−ペンチル）−Ｎ−（０− ボロノベンジル）アミノ）メチル）アントラセン(0.44ｇ，1.0mmol)を加え、そ の混合物を２時間、撹拌させた。そのフラスコを熱からはずし、撹拌棒を機械撹 拌器につけた。２mlのTHF中の１，６−ヘキサメチレンジアミン(0.29ｇ，2.5mmo l)を撹拌しながらその溶液に加え、次に、1.5時間、還流した。その粘性の塊を5 00mlの水に加え、ブフナー漏斗上で空気乾燥して一晩、真空下においてこはく色 の固体を供した。ポリマーのフィルムを、ガラスプレート上でエタノール溶液（ １ｇポリマー110mlエタノール）をキャストし、空気乾燥することにより調製し た。 ウレタン結合による親水性ポリマーへの（11）の組込み コンデンサー及びテフロン撹拌棒を備えた３つ首200mlフラスコに、60mlの乾 燥THF、ポリ（プロピレングリコール）−ブロック−ポリ（エチレングリコール ）−ブロック−ポリ（プロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエーテ ル）（平均分子量約900，J エチルヘキサノエート）触媒（0.0052ｇ）を加えた。撹拌しながら、0.249ｇ（0 .95mmol）の４，４′−メチレンビス（シクロヘキシ ルイソシアネート）を加え、その結果生じた混合物を室温で一晩、撹拌した。10 −（ヒドロキシメチル）−９−Ｎ−（０−ボロノベンジル）アミノ）メチル）ア ントラセン(0.04ｇ，0.1mmol)を加え、そしてその混合物を２時間、還流した。 そのフラスコを熱からはずし、そして撹拌棒を機械撹拌器につけた。２ml THF中 １，６−ヘキサメチレンジアミン（0.029ｇ，0.25mmol）を撹拌しながらその溶 液に加え、次に1.5時間還流した。その粘性の塊を500mlの水に加えて、ブフナー 漏斗で乾燥させて、一晩、真空オープン内においてこはく色の固体を形成した。 ガラスプレート上にエタノール溶液（１ｇポリマー／10mlエタノール）をキャス トすることにより、ポリマーのフィルムを調製した。 上述の記載は詳細する目的であり、限定目的ではない。本開示の観点に基づい て本発明の多くのバリエーションが当業者に明らかになるであろう。単に例にす ぎないが、本発明の範囲を離れることなく種々の溶媒、膜形成法、及び他の材料 を用いることができる。それゆえ、本発明の範囲は、上述の記載ではなく、等価 な十分な範囲で、添付の請求の範囲を引用して決定されるべきである。 本明細書に言及される全ての出願物、特許及び特許出願は、各々の個々の出版 物、特許又は特許出願が引用により本明細書に組み込まれて詳細かつ個々に示さ れるのと同じ程度まで、本明細書への引用により組み込まれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ (72)発明者 マストロトタロ，ジョン，ジョセフ アメリカ合衆国，カリフォルニア 90025, ロサンゼルス，ブロックトン アベニュ ＃106 1235

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．生物適合性ポリマーマトリックスと、光学システムによる呼びかけ信号に 基づきポリヒドロキシル化被検体シグナルを形成する増幅構成物と、を含む移植 可能増幅システムであって、前記増幅構成物が、前記シグナルの形成のための共 鳴エネルギー転移を要求しないことを特徴とする移植可能増幅システム。 ２．前記増幅構成物が、グルコースオキシダーゼ、西洋ワサビペルオキシダー ゼ及びパラヒドロキシフェニル酢酸を含むことを特徴とする請求項１に記載の移 植可能増幅システム。 ３．前記増幅構成物が、グルコースオキシダーゼ、西洋ワサビペルオキシダー ゼ、パラヒドロキシフェニル酢酸及びパラヒドロキシフェニル酢酸二量体を分解 することができるルテニウムポルフィリン複合体を含むことを特徴とする請求項 ２に記載の移植可能増幅システム。 ４．前記増幅構成物がグルコースオキシダーゼ及びルミノールを含むことを特 徴とする請求項１に記載の移植可能増幅システム。 ５．前記増幅構成物が、フルオレセイン及びロダミンからなる群から選択され る染料で標識されたレクチンを含むことを特徴とする請求項１に記載の移植可能 増幅システム。 ６．前記レクチンが、コンカナバリンＡであり、前記染料がロダミンであるこ とを特徴とする請求項５に記載の移植可能増幅システム。 ７．前記増幅構成物が、アミン官能化染料分子に結合した、アリールホウ素酸 成分、アリールゲルマニウム酸成分又はアリールヒ酸成分を含むことを特徴とす る請求項１に記載の移植可能増幅システム。 ８．前記増幅構成物が、アミン官能化染料分子に結合したアリールホウ素酸成 分を含むことを特徴とする請求項１に記載の移植可能増幅システム。 ９．前記染料分子が、アントラセン及びフルオレセインからなる群から選択さ れることを特徴とする請求項８に記載の移植可能増幅システム。 10．前記アミン官能化染料分子に結合したアリールホウ素酸成分が、前記生物 適合性マトリックス内に捕獲されることを特徴する請求項８に記載の移植可能増 幅システム。 11．前記生物適合性ポリマーマトリックスが、反応混合物から調製されたポリ マーを含み、ここで該反応混合物が、 （ａ）該反応混合物中約50モル％の反応成分を含むジイソシアネートと、 （ｂ）親水性ポリマージオール、親水性ポリマージアミン及びそれらの組合せ からなる群から選択されるメンバーである親水性ポリマーと、 （ｃ）アミノ、ヒドロキシ又はカルボン酸官能基をその鎖の末端に有するシロ キサンポリマーと、 の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の移植可能増幅システム。 12．前記生物適合性マトリックスが、外側にヒドロゲルコーティングを更に含 み、ここで該ヒドロゲルは反応混合物から形成され、ここで該反応混合物が、 （ａ）該混合物中約50モル％の反応成分を含むジイソシアネートと、 （ｂ）親水性ポリマージオール、親水性ポリマージアミン及びそれらの組合せ からなる群から選択されたメンバーである親水性ポリ マーと、 （ｃ）任意に、鎖エキステンダーと、 の混合物であり、そして前記ヒドロゲルが、約120重量％〜約400重量％の水のピ ックアップを有することを特徴とする請求項11に記載の移植可能増幅システム。 13．個体内のポリヒドロキシル化被検体の量を定量するための方法であって、 （ａ）前記ポリヒドロキシル化被検体の量に対応するエネルギー放出を作り出 す励起した増幅システムを供するために、皮下に移植した請求項１に記載の増幅 システムに、エネルギー源で、呼びかけ信号を送るステップと、 （ｂ）前記放出を検出することにより、前記個体内の前記ポリヒドロキシル化 被検体の量を定量するステップと、 を含む方法。 14．前記エネルギー源がレーザーダイオードであることを特徴とする請求項13 に記載の方法。 15．前記ポリヒドロキシル化被検体がグルコースであることを特徴とする請求 項13に記載の方法。 16．前記生物適合性ポリマーマトリックスが、反応混合物から調製されたポリ マーを含み、ここで該反応混合物が、 （ａ）該反応混合物中約50モル％の反応成分を含むジイソシアネートと、 （ｂ）親水性ポリマージオール、親水性ポリマージアミン及びそれらの組合せ からなる群から選択されるメンバーである親水性ポリマーと、 （ｃ）アミノ、ヒドロキシ又はカルボン酸官能基をその鎖の末端に有するシロ キサンポリマーと、 の混合物であることを特徴とする請求項13に記載の方法。 17．前記生物適合性マトリックスが、外側にヒドロゲルコーティングを更に含 み、ここで該ヒドロゲルは反応混合物から形成され、ここで該反応混合物が、 （ａ）該混合物中約50モル％の反応成分を含むジイソシアネートと、 （ｂ）親水性ポリマージオール、親水性ポリマージアミン及びそれらの組合せ からなる群から選択されたメンバーである親水性ポリマーと、 （ｃ）任意に、鎖エキステンダーと、 の混合物であり、そして前記ヒドロゲルが、約120重量％〜約400重量％の水のピ ックアップを有することを特徴とする請求項16に記載の方法。 18．生体内でポリヒドロキシル化被検体の量を測定するためのバイオセンサー であって、 （ａ）光源による呼びかけ信号に基づいてポリヒドロキシル化被検体シグナル を作り出す増幅構成物と、生物適合性ポリマーマトリックスと、を含む請求項１ に記載の移植可能増幅システムであって、前記増幅構成物が前記シグナルの形成 のために共鳴エネルギー転移を要求せず、そして前記シグナルが前記ポリヒドロ キシル化被検体の量に対応することを特徴とする移植可能増幅マトリックスと、 （ｂ）前記光源と、前記シグナルを検出することにより前記被検体の生体内の 量を測定するディテクターと、を含む光学システムと、 を含むバイオセンサー。 19．前記光源がLEDであることを特徴とする請求項18に記載のバイオセンサー 。 20．前記光学システムが少なくとも１のフィルターを更に含み、そして前記光 源がLEDであることを特徴とする請求項18に記載のバイオセンサー。